Una reacción química es un proceso termodinámico mediante el cual uno o mas sustancias por efecto de un factor energético, se transforma: cambia su estructura molecular en otras sustancias llamadas productos. Estas sustancias pueden ser elementos o compuestos. En una reacción es importante el considerar que no todos los componentes se consumen o utilizan en su totalidad: existen reactivos limitantes así como reactivos en exceso dentro de una reacción. Al trabajar en el laboratorio es de suma importancia el saber reconocer dichas sustancias para poder utilizar las cantidades correctas de componentes permitiéndonos así el reducir los niveles de desperdicio de reactivos al mínimo.
Cuanto más se acerque el valor obtenido experimental mente a la cantidad del producto que debíamos obtener teóricamente, decimos que existe un mayor rendimiento real. Siempre debemos buscar el obtener un mayor rendimiento real.
2. INTRODUCCION
Una reacción química es un proceso termodinámico mediante el cual
uno o mas sustancias por efecto de un factor energético, se transforma:
cambia su estructura molecular en otras sustancias llamadas productos.
Estas sustancias pueden ser elementos o compuestos. En una reacción
es importante el considerar que no todos los componentes se consumen
o utilizan en su totalidad: existen reactivos limitantes así como reactivos
en exceso dentro de una reacción. Al trabajar en el laboratorio es de
suma importancia el saber reconocer dichas sustancias para poder
utilizar las cantidades correctas de componentes permitiéndonos así el
reducir los niveles de desperdicio de reactivos al mínimo.
Cuanto más se acerque el valor obtenido experimental mente a la cantidad del
producto que debíamos obtener teóricamente, decimos que existe un mayor
rendimiento real. Siempre debemos buscar el obtener un
mayor rendimiento real.
OBJETIVOS
Aprender las formulas
Identificar cada ejercicio
Si hay que balancear por tanteo
Que formulas es(Mol A mol)(mol a gramo)(Gramo a mol)
Marco Teórico
Ejemplo 1
La parte de la química que se encarga del estudio cuantitativo de los reactivos y
productos que participan en una reacción se llama estequiometría. La palabra
estequiometría deriva de dos palabras griegas: stoicheion, que significa elemento,
y metron que significa medida.
La cantidad de reactivos y productos que participan en una reacción química se
puede expresar en unidades de masa, de volumen o de cantidad de sustancia. Sin
embargo, para hacer cálculos en una reacción química es más conveniente
utilizar la cantidad de sustancia.
Los coeficientes estequiométricos obtenidos al balancear la ecuación química, nos
permiten conocer la cantidad de productos a partir de cierta cantidad de
reactivos, o viceversa. Para poder trabajar con la ecuación química, definimos
3. las relaciones estequiométricas o factores de conversión que expresan un
parámetro constante y universal para cada par de participantes en la reacción.
Estas relaciones se obtienen a partir de la ecuación química balanceada y se
fundamentan, lógicamente, en la ley de las proporciones definidas.
Ejemplo 4.10. Eliminación del CO2 en naves espaciales
(TRIPULACIÓN APOLO-1, 2005). Astronautas del Apolo-1
Una forma de eliminar el CO2 del aire de una nave espacial consiste en hacer
reaccionar dicho gas con NaOH:
CO2(g) + NaOH(s) → Na2CO3(s) + H2O
Se estima que en 24 horas, un astronauta exhala aproximadamente 1000 g de
CO2. ¿Cuántos kilogramos de NaOH se requieren para eliminar el CO2 exhalado
por el astronauta? ¿Cuántos kg de Na2CO3 se producen en el proceso?
Ecuación química balanceada:
CO2(g) + 2 NaOH(s) → Na2CO3(s) + H2O
1 mol 2mol 1 mol 1 mol
44.0 g 2(40.0 g) 106 g 18 g
Relaciones estequiométricas en masa
Relaciones estequiométricas en mol
4. Ejemplo 4.11.
Un elemento X forma un yoduro XI3 y un cloruro XCl3. El yoduro se convierte en
cloruro cuando se calienta en una corriente de cloro:
XI3 + Cl2 → XCl3 + I2
0.500 g de XI3 producen 0.236 g de XCl3. ¿Cuál es la masa molar de X?
2 XI3 + 3 Cl2 → 2 XCl3 + 3 I2
2 mol 3 mol 2 mol 3 mol
Masa molar de XI3 = (x + 381) g/mol
Masa molar de XCl3 = (x + 106.5) g/mol
De acuerdo con la ecuación química balanceada:
5. Es decir:
Reactivo límite
Cuando en la realidad se llevan a cabo reacciones químicas, es normal que los
reactivos no se encuentran en cantidades estequiométricas, es decir, en las
proporciones exactas que indican los coeficientes estequiométricos de la ecuación
química balanceada. Usualmente, uno o varios de los reactivos están en mayor
cantidad de la que se requiere, por lo que, al finalizar la reacción, quedará un
remanente de esos reactivos.
El reactivo límite o limitante es aquel reactivo que en una reacción química se
consume en primera medida, determinando la cantidad de producto o de
productos obtenidos. La reacción depende del reactivo limitante, ya que según la
ley de las proporciones definidas, los demás reactivos no reaccionarán cuando
uno se haya consumido.
Ejemplo 4.12
Considerar la siguiente reacción:
MnO2 (s) + 4 HCl (ac) → MnCl2 (ac) + Cl2 (g) + 2 H2O (l)
Al inicio se ponen a reaccionar 4.5 g de MnO2 con 4.0 g de HCl. ¿Cuántos gramos
de Cl2 se obtienen? Calcular la cantidad de reactivo en exceso que queda sin
reaccionar.
En adelante se usará el método de relaciones estequiométricas,
expresadas en mol, para todos los cálculos estequiométricos.
MnO2 (s) + 4 HCl (ac) → MnCl2 (ac) + Cl2 (g) + 2 H2O (l)
1 mol 4 mol 1 mol 1 mol 2 mol
6. Para determinar cuál es el reactivo límite, se dividen las mol de cada reactivo
entre el respectivo coeficiente estequiométrico. El menor valor obtenido para
este cociente corresponde al reactivo límite:
Todos los cálculos estequiométricos deben hacerse tomando como referencia al
reactivo límite:
Grissom, White y Chaffee fueron introducidos en el interior del Apolo-1. De
pronto, un relámpago luminoso inundó la cabina y pocos minutos más tarde, una
densa humareda negra surgía por un resquicio de la escotilla de la cápsula: los
tres astronautas habían perecido asfixiados. Una chispa de origen desconocido
prendió en la atmósfera de oxígeno puro, provocando el virulento incendio.
Protegidos en el interior de sus trajes, no recibieron quemaduras, pero las altas
temperaturas que reinaron en la cápsula y el humo los sofocaron.
REACTIVO LÍMITE.
Es la sustancia reaccionante que se consume por completo en la reacción.
Limita la cantidad de productos y la cantidad que reacciona de la otra sustancia.
El otro reactivo de contra-parte al reactivo limitante, se le denomina reactivo en
exceso. En otras palabras, el reactivo limitante es aquel que se encuentra en
7. defecto basado en la ecuación química ajustada.video concepto de reactivo
límite
recordemos el factor de conversión visto en el calculo de ecuaciones químicas.
La razón de dos cantidades cualesquiera en la ecuación balanceada nos da el
"factor químico" de conversión, que permite pasar de las moléculas de una
sustancia al número equivalente de moléculas de la otra sustancia implicada en
la reacción. Sea la reacción balanceada 4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2, los
coeficientes indican que 4 moléculas de FeS reaccionan con 7 moléculas de O2
para producir 2 moléculas de Fe2O3 y 4 moléculas de SO2. A partir de la
reacción balanceada anterior se pueden escribir factores químicos de conversión
como los siguientes.
4 moléculas de FeS 4 moléculas de FeS 7 moléculas de O2
-------------------------; -------------------------- ; ---------------------- ; etc.
7 moléculas de O2 2 moléculas Fe2O3 2 moléculas de SO2
Sin embargo, las moléculas no son unidades prácticas para el trabajo de
laboratorio. Los factores químicos de conversión se expresan en unidades
equivalentes como son el mol y la masa, de tal manera que se pueden
establecer relaciones mol-mol, masa-mol y masa-masa. Algunos ejemplos de
ellas son:
4 moles de FeS 4 Moles de FeS
Relación Mol/mol: ------------------- Relación Mol/masa: -------------------
7 moles de O2 224
g de O2
224 g de O2
Relación masa/masa: ----------------
256 g SO2
El reactante límite se determina matemáticamente mediante la razón molar de
cada uno de los reactivos respecto al producto, es decir, que el reactivo límite
será el que la razón molar de cómo resultado el más bajo entre los reactivos o es
la sustancia que produce la menor cantidad de moles de la sustancia producida.
Ejemplo 1.
1.- ¿Cuántos moles de ácido clorhídrico HCl (sustancia C) pueden obtenerse a
partir de 4 moles de hidrógeno H2 (sustancia A) y 3 moles de cloro Cl2
(sustancia B)?. Según la reacción química que a continuación se ilustra:
A B C
H2 + Cl2 --------- 2 HCl
Determinar cuál es el reactivo límite en la anterior reacción química.
8. Solución
a.- Paso No. 1: Se determinan o se establecen las razones molares para las
sustancias A y B con respecto a la sustancia C.
1 mol de H2 y 1 mol de Cl2
------------------- -------------------
2 moles de HCl 2 moles de HCl
b.- Paso No. 2: Se plantean las reglas de tres (3) con las sustancias A y B.
Si 1 mol de H2 --------------------- 2 moles de HCl
Entonces 4 moles de H2 ---------- X
X = 4 moles de H2 x 2 moles de HCl = 8 moles de HCl = 8 moles de HCl R/
1 mol de H2 1 Si 1 mol de Cl2 --------------------- 2 moles de HCl
Entonces 3 moles de Cl2 ---------- X
X = 3 moles de Cl2 x 2 moles de HCl 6 moles de HCl
---------------------------------------- = ------------------- = 6 moles de HCl R/
1 mol de Cl2 1
c.- Paso No 3: Con base en los resultados anteriores se determina cual de las
sustancias es el reactivo límite.
El reactante o reactivo límite es la sustancia que produce la menor cantidad de
moles de la sustancia C o HCl en este caso, el reactivo límite es el cloro Cl2
(sustancia B), ya que los 3 moles de la sustancia B o cloro (Cl2) limitan la
producción de la sustancia C o ácido clorhídrico (HCl).
A manera de conclusión tenemos:
H2 + Cl2 --------- 2 HCl
4 moles de H2 + 3 moles de Cl2
1 mol de H2 + 1 mol de Cl2 --------- 2 moles de HCl
1 mol de H2 + 1 mol de Cl2 --------- 2 moles de HCl
1 mol de H2 + 1 mol de Cl2 --------- 2 moles de HCl
1 mol de H2 + cero --------- No hay reacciónl
Obsérvese que, según la ecuación: 1 mole de Hidrógeno y 1 mol de cloro
producen 2 moles de HCl. Entonces: 3 moles de Hidrógeno + 3 moles de cloro
---------- 6 moles de HCl
En estos cálculos puedes hallar tanto moles como gramos según lo pida el
ejercicio. Ahora te invito a que ingreses a la siguiente dirección y observes un
9. vídeo tutorial de como se resuelven. video
Con base en el ejemplo anterior y el vídeo resuelve los siguientes ejercicios.
1. Se tiene 3 moles de hierro (Fe) y 1,5 mol de oxígeno (O2), ¿Cuántas moles de
de oxido férrico Fe2O3 se obtienen o producen?. Teniendo en cuenta la
siguiente ecuación:
A B C
4 Fe + 3 O2 ------------ 2 Fe2O3
2. Calcule cuántos gramos (gr) de fosfato de calcio (Ca3 (PO4)2) sustancia (C),
se pueden obtener o producir a partir de la reacción entre 100gr de carbonato de
calcio (CaCO3) o sustancia (A) con 70gr de ácido fosfórico (H3PO4 ) o sustancia
(B), si la ecuación balanceada es:
A B C D E
3 CaCO3 + 2 H3PO4 ------------ Ca3 (PO4)2 + 3 CO2 + 3 H2O
Antes de realizar el ejercicio hay que hacer claridad en lo siguiente: Siempre que
se desee determinar o calcular el reactivo límite en cualquier ecuación química,
los datos de los reactivos y productos deben estar expresados en términos de
moles y como puede verse en el ejercicio anterior los datos están expresados en
gramos (gr), razón por la cual deberá hacerse una conversión de gramos (gr) a
moles de cada una de las sustancias o compuestos que se estudian en el
anterior ejercicio.
3. El Zn y el S reaccionan para formar ZnS (sulfuro de zinc) sustancia que se
utiliza para recubrir internamente las pantallas de los televisores. La ecuación
correspondiente es:
Zn + S -------- ZnS
¿Cuántos gramos (gr) de ZnS se obtienen cunado 240gr de Zn se hacen
reaccionar con 130gr de S?
4. El Zn y el S reaccionan para formar ZnS (sulfuro de zinc) sustancia que se
utiliza para recubrir internamente las pantallas de los televisores. La ecuación
correspondiente es:
Zn + S -------- ZnS
¿Cuántos gramos (gr) de ZnS se obtienen cunado 240gr de Zn se hacen
reaccionar con 130gr de S?
5. Un método par obtener Mg metálico consiste en la reducción del óxido
10. magnesio con el silicio, conforme a la reacción:
2MgO + Si ----------- 2 Mg + SiO2
En cierto proceso se partió de 582 kgr de MgO y 187 kgr de Si. ¿cuánto Kgr de
Mg se produjeron?.
.
observa el video. reactivo, rendimiento y pureza
RENDIMIENTO Y PUREZA DE UNA REACCIÓN.
La cantidad de producto que se suele obtener de una reacción química, es
siempre menor que la cantidad teórica. Esto depende de varios factores, como la
pureza del reactivo y de las reacciones secundarias que puedan tener lugar.
Lograr una reacción 100% eficiente es prácticamente imposible.
El porcentaje de eficiencia o de rendimiento de una reacción es la relación entre
la cantidad de producto obtenida experimentalmente (en situaciones reales) y la
cantidad de producto calculada de manera teórica (en situaciones ideales),
expresado como un porcentaje:
Donde:
1. Rendimiento teórico: Es la máxima cantidad de productos que podemos
obtener de una reacción quíimica. 3 Pureza y rendimiento
2. Rendimiento Rendimiento real: Es la cantidad cantidad de producto producto
que se obtiene obtiene realmente realmente de una reacción química, que
siempre es menor que el rendimiento teórico.
Entra a la siguiente página lee bién y haz la actividad que te piden allí.
rendimiento
PUREZA
Los reactivos que intervienen en las reacciones químicas, pueden contener
impurezas, es decir, que parte de los reactivos son sustancias que no
reaccionarán en la reacción que estamos estudiando. Para diferenciar la parte
de reactivo que sí reaccionará (parte pura) de la que no (parte impura), se define
el % de pureza: Ejemplo: Una sustancia con un 90 % de pureza, tiene en cada
100 g totales de sustancia, 90 g de sustancia pura y 10 g de impura.
11. Porcentaje de pureza (%): Es la cantidad de sustancia pura en 100 parte de la
muestra.
g de la sustancia pura
% de pureza = ----------------------------------- * 100
g de la muestra
En muchos casos, para llevar a cabo una reacción química, no se cuenta con los
reactivos puros. Los materiales de partida están acompañados de impurezas;
esto es particularmente cierto en los procesos industriales. Antes de hacer los
cálculos estequiométricos en estas reacciones, es preciso calcular la cantidad de
reactivo puro que existe, ya que las reacciones químicas suponen
combinaciones entra sustancias completamente puras.
Ejercicios resueltos
Analiza los siguientes ejercicios y con base en ellos y el vídeo, resuelve los
ejercicios propuestos en cada caso.
1). ¿Cuántos gr de ácido fluorhídrico (HF) se pueden obtener a partir de 200gr
de fluoruro de calcio (CaF2) de 90% de pureza?. Si la reacción es:
CaF2 + H2SO4 ----------- Ca SO4 + 2 HF
Solución
Paso No. 1: Hay que calcular la cantidad de CaF2 puro, en los 200gr de 90% de
pureza, así: El 90% se asume como 90 gr (90% = 90gr)
Mediante regla de tres o de factor de conversión:
Si 100 gr de CaF2 Imp ------------- Hay 90 gr puros
Entonces
En 200 gr de CaF2 Imp ------------- X
X = 200 gr CaF2 Imp x 90 gr CaF2 puros = 18000 gr puros = 180 gr CaF2
puros
100 gr CaF2 Imp 100
Paso No. 2: Se deben convertir los gramos a moles, es decir a los 180gr CaF2
puros
a moles, así:
Se determina la masa molar del CaF2:
12. Ca =40,08 gr x 1 = 40,08 gr Recordemos que 1 mol de CaF2 = 78,08 gr.
F =18,998 gr x 2 = 37,997 gr
78,08 gr
180 gr CaF2 x 1mol de CaF2 = 180 mol de CaF2 = 2,3 moles CaF2
puros
78,08 gr de CaF2 78,08
Paso No. 3: Se determina finalmente la cantidad de gramos de (HF) que se
pueden obtener teniendo en cuenta la masa molecular de dicho compuesto,
aplicando la razón molar con base en la ecuación química balanceada:
Masa molar del HF: H =1,008 gr x 1 = 1,008 gr
F = 18,998 gr x 1 = 18,998 gr
20,006 gr HF
Recordemos que: 1 molde HF = 20 gr
2,3 moles CaF2 x 2 moles de HF x 20 gr HF = 92 gr de HF R/
1 mol de CaF2 1 mol de HF
2). ¿Cuantos gr de CaF2 de 90% de pureza se requieren para preparar 100 gr
de HF?
CaF2 + H2SO4 ----------- Ca SO4 + 2 HF
Soluciçon
Paso No. 1: Hay que transformar los gr de HF a moles, para lo cual se necesita
calcular las masas molares de las sustancias implicadas en el ejercicio, se
establece la razón molar del CaF al HF, según la ecuación química balaceada:
Masa molar del HF: H =1,008 gr x 1 = 1,008 gr
F = 18,998 gr x 1 = 18,998 gr
20,006 gr HF
Recordemos que: 1 molde HF = 20 gr
Masa molar del CaF2: Ca = 40,08 gr x 1 = 40,08 gr
F = 18,998 gr x 2 = 37,996 gr
78,076 gr CaF2
Recordemos que: 1 molde HF = 78,076 gr de CaF2
Aplicamos la razón molar según la reacción química balanceada, para obtener
13. los gr de la sustancias deseada, así:
100 gr de HF x 1 mol de HF x 1 mol de CaF2 x 78 gr de CaF2 = 7800 gr de
CaF2
20 gr HF 2 moles de HF 1 mol de CaF2 40
= 195 gr de CaF2
Nota: Si el CaF2 fuera puro, se requerirían 195 gr, pero como es impuro, se
requiere una mayor cantidad, la cual se obtiene, así:
Si de 100 gr de CaF2 Imp ------------ 90 gr de CaF2 puros
Entonces
X ------------ 195 gr de CaF2 puro
X = 100 gr de CaF2 Imp x 195 gr CaF2 puros = 19500 gr de CaF2 Imp =
90 gr de CaF2 puro 90
X = 216,7 gr de CaF2 Imp R/
3). ¿Cuántos gramos de HCl, se obtienen en la reacción de 30 moles de H2,
con un exceso de cloro, si el rendimiento de la reacción es de 95%. La ecuación
química es:
H2 + Cl2 -------------- 2 HCl
Solución
Paso No. 1: No hay que transformar a gr ya que el ejercicio nos dio los moles,
entonces podemos, calcular las masa molares de las sustancias implicadas en el
ejercicio y establecer las razones molares con base en la ecuación balanceada,
así:
Masa molar del HF: H =1,008 gr x 1 = 1,008 gr
Cl = 35,458 gr x 1 = 35,45 gr
36,46 gr HCl
Recordemos que: 1 molde HCl = 36,46 gr
Se plantea la razón molar con base en la reacción química balanceada, así:
30 moles de H2 x 2 moles de HCl x 36,46 gr de HCl = 2187,6 gr de HCl
14. 1 mol de H2 1 mol de HCl 1
2187,6 gr de HCl R/.
La anterior es la máxima cantidad de HCl que se puede obtener si el rendimiento
fuera del 100% pero, como es sólo del 95%, la cantidad obtenida debe ser
menor, entonces a dicha cantidad se le debe determinar su porcentaje real, de la
siguiente forma:
Si de 100 % de HCl ------------ Hay 2187,6gr deHCl
Entonces
95 % de HCl -------------- X
X = 2187,6 gr de HCl x 95 % gr HCl = 207822gr de HCl = 2078,2 gr de
HCl R/
100 % de HCl 100
Ejercicios propuestos
1). ¿Cuántos gramos de HCl se obtiene por la reacción de 400 gr de NaCl de
80% de pureza con exceso de H2SO4 ,?. ¿Cuál fue el rendimiento de la
reacción, si se recogieron 190 gr de HCl?. R/ 199,6 grHCl y rendimiento de
95,16%
Nota: Revisar si la reacción esta o no balanceada.
NaCl + H2SO4 --------- Na2SO4 + HCl
2). ¿Cuántos gr de KClO3 de 80% de pureza se requieren para preparar128 gr
de Oxígeno?. R/ 408,3 gr de KClO3
Nota: Revisar si la reacción esta o no balanceada.
2 KClO3 ---------- KCl + O2
3). Calcule cuántos gr de hidrógeno, se obtienen a partir de 3 moles de HCl en
una reacción con magnesio cuyo rendimiento el de 70%. R/ 2,1 gr de H2
Nota: Revisar si la reacción esta o no balanceada.
Mg + HCl -------- MgCl2 + H2
Pantallazos
ACTIVIDAD QUE DESARROLLAR
